inspeccion ocular y levantamiento de daños estructurales

7/24/2019 Inspeccion Ocular y Levantamiento de Daos Estructurales

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CENTRO DE INVESTIGACIONES SISMICAS Y MITIGACION DE DESASTRESFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

Reduccin de la Vulnerabilidad Ssmica de Establecimientos de Salud

Lima, 25-28 de Junio de 2002

INSPECCION OCULAR Y LEVANTAMIENTO DE DAOS ESTRUCTURALES

Rafael Salinas Basualdo (1)

(1) Jefe del Laboratorio de Estructuras, CISMID-FIC-UNI. Profesor Auxiliar, Facultad de Ingeniera

Civil, Universidad Nacional de Ingeniera.

RESUMEN

Las labores de inspeccin ocular y levantamiento de daos en las edificaciones son una parte delos trabajos de ingeniera civil poco tratados en la literatura nacional, aunque la experienciahaya sido amplia. Sin embargo, estas labores son de suma importancia en edificaciones situadasen lugares con amenazas potenciales de diversos orgenes, como es el caso de los sismos,incendios, filtraciones de agua, hundimientos del terreno o condiciones ambientales agresivas.En este artculo se resumen los alcances y objetivos de la inspeccin y el levantamiento de

daos en las estructuras ms comunes, a base de las investigaciones sobre el tema desarrolladasen el extranjero, aunque ya se estn desarrollando aplicaciones a nivel nacional en el presente.

INTRODUCCION

Generalmente, las edificaciones requieren de una inspeccin para determinar sus condiciones deseguridad estructural despus de un desastre natural o tecnolgico, y as definir, por ejemplo, suocupacin o desocupacin inmediata. En realidad, la evaluacin de la seguridad abarca lainspeccin de los elementos estructurales, as como las instalaciones elctricas y sanitarias,equipamiento y elementos no estructurales tales como paneles divisorios, cielorrasos, parapetos,entre otros. Una edificacin es inspeccionada tambin cuando tiene un tiempo de servicioprolongado y, aunque no necesariamente implique dejarla fuera de uso, puede tenermanifestaciones que comprometan la seguridad estructural de tal forma que sea objeto de unreforzamiento futuro, a fin de adecuar su capacidad a los requerimientos de la normatividad

actual o de un uso diferente.

Estos trabajos son ejecutados por ingenieros civiles calificados, con una formacin previa pararealizarlos y con ayuda de un personal y equipos auxiliares para la toma de datos en campo. Nose suele disponer de mucho tiempo para la inspeccin, de modo que las observaciones y lasmediciones generales deben ser efectivas y proporcionar los elementos de decisin alprofesional; el papel del propietario es importante tanto para recabar la documentacin previasobre el edificio como en el momento de adopcin de las decisiones sobre el estado del mismo.

Adems, a los ocupantes del edificio se les debiera explicar el alcance y el significado de lainspeccin realizada y las recomendaciones consiguientes.


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Diferentes instituciones extranjeras han realizado esfuerzos para determinar procedimientos de

evaluacin rpida o de nivel intermedio, a partir de inspecciones tcnicas, sobre todo despus dela ocurrencia de un terremoto. Se han propuesto metodologas en EE.UU., a cargo del Consejode Tecnologa Aplicada (ATC, en sus siglas en ingls) y la Agencia Federal de Administracinde Emergencias (FEMA); en Mxico, el Instituto de Ingeniera de la UNAM; en Japn, elInstituto de Investigacin de Edificaciones. En base a esta experiencia y a las condiciones de lasedificaciones en el pas, en el CISMID se vienen realizando aplicaciones de algunas de estasmetodologas y se encuentra en proceso el planteamiento de una metodologa de alcancenacional.

DAOS Y FALLAS ESTRUCTURALES

Desde el punto de vista de la ingeniera estructural, la palabra dao puede tener un ampliosignificado, y no necesariamente implica una falla inminente de la estructura. La falla de unelemento o un sistema estructural ocurre cuando deja de cumplir su funcin de soporte en forma

satisfactoria. Las fallas se dan de los siguientes modos:

Pandeo elstico.

Fractura.

Inestabilidad estructural.

Deformacin plstica.

Lixiviacin.

Corrosin.

Flujo Plstico. (creep)

Las fallas se manifiestan en distintas etapas de la vida de la construccin. Desde esa ptica, lasfallas pueden ser de tres tipos:

a) Fallas de construccin:

- Falta de consideracin de los efectos de flujo plstico, temperatura o acortamientos porfragua.

- Falta de estabilidad adecuada en los encofrados.- Falta de consideracin de las deflexiones durante el proceso constructivo.

b) Fallas en servicio:

Son fallas causadas por sobrecargas accidentales o solicitaciones inapropiadas. Ejemplos desobrecargas accidentales son los terremotos de magnitud no esperada, vientos fuertesimprevistos, inundaciones, impacto de vehculos o equipos automotores en general. Entre lassolicitaciones inapropiadas se tienen las cargas elevadas, cargas vibratorias, temperaturasaltas, deformaciones inducidas. Las consecuencias pueden manifestarse en forma de grietas,fisuras, inclinaciones, deformaciones excesivas o asentamientos.

c) Fallas de mantenimiento:

Las dos causas de falla ms comunes por falta de mantenimiento son el deterioro del materialy la corrosin. El deterioro est relacionado a la prdida de la integridad y la resistencia del

material, adems de su apariencia exterior. La corrosin, en cambio, es un tipo particular de

degradacin y afecta directamente a los metales, aunque en elementos de concreto armadollega a afectar indirectamente al concreto, tanto mecnica como qumicamente.


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ERRORES COMUNES EN LA CONSTRUCCION Y EL DISEO

Distintos profesionales en Europa, EE.UU. y Japn han realizado estadsticas acerca de lascausas de las fallas en las construcciones. De ello, se tiene que la gran mayora de las fallas sedeben a errores en el proceso de diseo, el detallaje de los planos y el proceso constructivo. Esimportante conocer entonces cules son los errores frecuentes cometidos por los profesionalesen el pasado, para tomar las precauciones debidas en los proyectos de la actualidad. Algunos deestos se listan a continuacin.

a) Concreto Armado

Fallas por Flexin:- Peralte insuficiente en vigas largas.- Vigas formando prticos con columnas relativamente pequeas.- Vigas apoyadas por vigas de peralte insuficiente.- Vigas con acero de refuerzo bajo.

- Empalme insuficiente o recorte de barras en la zona de traccin.

Fallas por Aplastamiento:- Mnsulas con poco refuerzo de confinamiento.- Areas de apoyo pequeas.- Aplastamiento en el borde de mnsulas o asientos de vigas.- Detallaje inadecuado en juntas de expansin.- Mnsulas con dimensiones insuficientes.- Falta de dispositivos de apoyo auxiliar (por ejemplo, planchas de neopreno).

Fallas por Encofrado:- Apuntalamiento inadecuado.

- Uso de encofrado en dos niveles seguidos.- Remocin prematura del encofrado.- Arriostres insuficientes en el encofrado.- Uso de puntales torcidos.

Fallas por Deterioro del Material :- Falta de incorporadores de aire. (en medios con temperaturas cambiantes)- Corrosin del refuerzo en presencia de cloruros.- Carbonatacin del concreto.

b) Acero Estructural- Elementos no redundantes, tales como miembros a traccin, anclajes simples, etc.

- Extremos de vigas sin planchas de refuerzo en el alma.- Drenaje insuficiente de superficies planas amplias, generadora de encharcamiento

de lquidos.

- Soldaduras en planchas gruesas.- Cambios abruptos en la seccin del elemento.- Exposicin al impacto y a las bajas temperaturas.- Falta de arriostre en las correas a compresin de las armaduras.- Deflexiones excesivas en vigas con poco peralte; falta de contraflechas o juntas de

separacin.

c) Albailera- Muros muy delgados o altos sin confinamiento.- Muros con aberturas demasiado grandes.- Juntas flexibles de poco espesor.


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- Juntas rellenadas con mortero.- Unidades con un alto coeficiente de saturacin.- Mala calidad de los materiales de la unidad.- Parapetos sin juntas de expansin verticales.- Mortero inapropiado, sea por durabilidad o por resistencia.- Cimentacin o viga de apoyo inadecuados.

d) Concreto Presforzado y Prefabricado- Falta de detallaje en los procedimientos adecuados de tesado.- Uso de paneles delgados con refuerzo insuficiente.- Dispositivos colgantes desde la cara inferior de las vigas prefabricadas.- Montaje o soporte imprevisto de elementos pretensados en el centro de luz.- Diferenciales trmicos entre los paneles prefabricados y las columnas y vigas

exteriores.

LA INSPECCION OCULAR

En los trabajos de inspeccin ocular y el levantamiento de daos, los alcances son relativamentelimitados y requieren mayormente del juicio ingenieril para determinar la relevancia y lascausas de los daos observados. Sin embargo, pueden establecerse los siguientes alcances:

Identificacin preliminar de las condiciones del suelo y la zona ssmica.

Identificacin del uso actual de la edificacin y las cargas existentes en la misma.

Identificacin de obras importantes cercanas (subestaciones elctricas, drenajessubterrneos, pozos profundos, lneas de transmisin, edificios altos)

Reconocimiento de hundimientos o desplomes generales en el edificio, mediante la

observacin de ondulaciones en el terreno, el patrn de grietas en los muros del edificio, eldesplazamiento entre bordes de fachadas entre las edificaciones vecinas y entre las juntas deconstruccin, si las hubiera.

Reconocimiento de martilleo entre edificios, en caso de sismos, mediante la observacin delas tapajuntas, agrietamiento de columnas o parapetos cercanos.

Observacin de rotura de vidrios, grietas en los recubrimientos y cielorrasos, movimiento defalsos cielorrasos, funcionamiento de ascensores o montacargas, condicin de las lneaselctricas y sanitarias.

Verificacin de fisuras, grietas o desprendimientos de recubrimientos en cajas de escalera ode ascensor, muros y rampas.

Verificacin de los muros de stano y reconocimiento de desplomes, fracturas y

desperfectos en las lneas vitales. Observacin de deflexiones en las vigas y losas de entrepiso, reconocimiento de refuerzos

expuestos y patrn de grietas.

Reconocimiento del aspecto actual del material estructural para determinar si hay undeterioro por falta de mantenimiento o por corrosin.

Se recomienda que el equipo mnimo necesario sea el siguiente:

Cmara fotogrfica.

Linterna.

Cinta mtrica o distancimetro.

Plomada.

Lupa o binoculares.

Grietmetro (lmina transparente con lneas de diferentes espesores identificados)


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Nivel electrnico porttil, para identificar desplomes o asentamientos diferenciales.

Unos criterios para calibrar el grado de dao a partir de las observaciones de los desplomes y

grietas visibles lo dan las normas japonesas, como los presentados en la Tabla N1.

Tabla 1. Criterios para Definir el Tipo de Dao. Norma Japonesa

Tipo de Dao Descripcin

0 No Estructural

1 Estructural Ligero

2 Estructural Fuerte

3 Estructural Grave

Daos solamente en elementos no estructurales.

Grietas de menos de 0,5mm de ancho en elementos de concreto.

Grietas de menos de 3,0mm de ancho en muros de albailera.

Grietas de 0,5 a 1,0mm de ancho en elementos de concreto.Grietas de 3,0 a 10,0mm de ancho en muros de albailera.

Grietas de ms de 1,0mm de ancho en elementos de concreto.Aberturas en muros de albailera.Desprendimiento del recubrimiento en columnas.Aplastamiento del concreto, rotura de estribos, pandeo del refuerzo envigas, columnas y muros de concreto.Agrietamiento de capiteles en losas planas.Desplomes de columnas.Desplomes generales del edificio en ms del 1% de su altura.Hundimiento o emersin en ms de 20cm.

INSPECCION Y LEVANTAMIENTO DE DAOS EN SISTEMAS ESTRUCTURALESDESPUES DE UN SISMO

La inspeccin de las edificaciones puede realizarse en etapas progresivas, dependiendo de lamagnitud del desastre y sus consecuencias. Una edificacin en un estado grave y evidente dedeterioro no necesita una inspeccin muy detallada; de hecho, en ocasiones puede ser imposibleacceder al interior del edificio. En el otro extremo, pueden haber edificaciones en situacin de

aparente seguridad cuyas inspecciones tomen pocos minutos. Son los casos dudosos los msnumerosos aquellos que merecen una observacin detallada, con toma de datos y mapeo degrietas ms cuidadoso, adems de la definicin de los sistemas estructurales, en lo posible. Enalgunas edificaciones esta definicin ser difcil por la presencia de acabados; sin embargo, suimportancia radica en que de acuerdo al sistema estructural del edificio, ser ms sencillo

asociar los daos observados a alguna condicin de seguridad. En las figuras siguientes sepresentan las zonas ms importantes a observar en una inspeccin, a base de los daos

observados comnmente en diversos tipos de estructuras, segn la recopilacin efectuada en elATC-20 sobre procedimientos para la evaluacin de edificios despus de un sismo. Con ligerasvariantes, estas recomendaciones pueden ser vlidas para otro tipo de desastre.


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Figura 1. Edificio de Concreto Armado con Muros de Corte. Zonas de Inspeccin (ATC, 1989)

Figura 2. Edificio Aporticado de Concreto Armado. Zonas de Inspeccin (ATC, 1989)

Separacin del Muro con elSistema de techo o cielorraso

Esfuerzos en el Diafragma

Daos en Parapetos

Cada de acabados

Grietas en esquinas de Aberturas

Falla por Corte enColumnas no esbeltas

Prdida de aplomo

Grietas en particiones dealbailera no reforzada

Esfuerzos en el Diafragma

Muros de fachadadesencajados

Grietas en Muros de relleno,

con grietas extendidas alprtico de concreto.

Conexiones enEnchapes daados

Columnas desaplomadas(En cualquier nivel)

Grietas en unin viga-columna

Despostillamiento del concretoen vigas, refuerzo expuesto

Despostillamiento del concretoen columnas,refuerzo expuesto


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Figura 3. Edificio de Concreto Armado con Losas Planas. Zonas de Inspeccin (ATC, 1989)

Figura 4. Ejemplo de un Patrn de Grietas para la Evaluacin de un Edificio de ConcretoArmado con Muros de Corte (ATC, 1989)

Falla por deslizamiento

Falla por punzonamientocerca a la columna

Esfuerzos en el diafragma

Deslizamiento en Juntade construccin

Daos en Murosde fachada

Columnas desaplomadas(En cualquier nivel)

Grietas por corte

Grietas por traccin y despostillamientodel concreto en Muros esbeltos delgados

Piso de Stano

Des ostillamiento

Des ostillamiento


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Figura 5. Edificio Aporticado Ligero de Acero. Zonas de Inspeccin (ATC, 1989)

Figura 6. Edificio Aporticado Antiguo de Acero con Muros de Albailera. Zonas de Inspeccin(ATC, 1989)

Pandeo o rotura demiembros de armadura

Rotura de arriostreshorizontales o conexionesSeparacin o sobre-

esfuerzos en apoyos

Esfuerzos en conexiones amomento, en pernos a traccin

Inclinacin del edificio

Deslizamiento en la base

Rotura o pandeo enArriostre o conexiones

Daos en parapetos y cornisas

Esfuerzos en unin viga-columna

Colapso local del Muro

Sobre-esfuerzos en columnas

Unidades cadas o sueltas

Grietas por corte

Daos en particiones endescansos de escaleras ycajas de ascensor

Columna agrietada

Piso desaplomado

Grietas en esquinasde Aberturas

Amenaza de cadas asociada aconcreto o ladrillo agrietados


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Figura 7. Edificio Antiguo de Albailera No reforzada. Zonas de Inspeccin (ATC, 1989)

Figura 8. Edificio de Albailera de varios pisos. Zonas de Inspeccin (ATC, 1989)

Grietas en esquinas de ventanasSeparacin de la Armadurade los apoyos verticales

Separacin entre Viguetasde techo y el Muro

Dao en parapetos Cola so arcial de Muro

Grietas en Muros

Grietas por corte encolumnas no esbeltas

Amenaza de cada asociada aladrillos agrietados

Daos en cornisas y parapetos

Sobre-esfuerzos en Diafra ma

Despostillamiento masivo

Grietas por corte

Separacin entre Viguetasde techo y el Muro

Falla por corte en muros ocolumnas no esbeltas

Amenaza de cada asociada aladrillos agrietados


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RESULTADOS DE UNA INSPECCION EN UNA EMERGENCIA

En la medida que se trata de una evaluacin preliminar, basada en datos de observaciones encampo, las conclusiones tienen carcter cualitativo y pueden ser:

Estructurales:

- El edificio es aceptable.- El edificio requiere rehabilitacin pero no es un peligro serio para la vida de las personas.- El edificio es un peligro serio para la vida de las personas y requiere ser rehabilitado.- El edificio requiere ser evaluado con mayor detalle, mediante una Evaluacin Estructural.

No estructurales:

- El arriostramiento y el apoyo de los componentes no estructurales es aceptable.

- Existen deficiencias, pero su falla no afectara las funciones bsicas del edificio ni laseguridad de las personas.- Las deficiencias podran afectar la seguridad de las personas y las funciones bsicas.

Como elementos de decisin para concluir que un edificio requiere rehabilitacin tras la etapade emergencia en un desastres, se pueden considerar los siguientes:

- Falta de una trayectoria de carga continua para las fuerzas ssmicas.- Falta de una conexin adecuada entre el piso y los diafragmas de entrepiso, y los elementos

verticales resistentes a las fuerzas ssmicas.- Seales evidentes de sobre esfuerzo estructural: agrietamiento excesivo de muros portantes

de concreto o de albailera, vigas o columnas de los prticos, despostillamiento delconcreto y exposicin del acero de refuerzo, etc.

REFERENCIAS

1. Applied Technology Council (1989). ATC-20 Procedures for Post Earthquake SafetyEvaluation of Buildings. California, EE.UU.

2. Applied Technology Council (1989). Addendum to the ATC-20 Post Earthquake BuildingSafety Evaluation Procedures. California, EE.UU.

3. Calavera, J. (1999). Patologa de Estructuras de Hormign Armado y Pretensado. Curso

sobre Patologa de Estructuras de Hormign Armado y Pretensado, PUC. Lima, Per.4. Chen, W.H. (1998). Cracking Damage Assesment of Reinforced Concrete Members.

Proceedings NSC, Vol.22, N6, pp.765-774.

5. De la Torre, O. (1999). Evaluacin y Reparacin Estructural de Edificios. Memorias delCurso Internacional sobre Diseo y Construccin Sismorresistente de Estructuras. CentroNacional de Prevencin de Desastres, Mxico.

6. Federal Emergency Management Agency (1988). Rapid Visual Screening of Building forPotential Seismic Hazards: A Handbook. California, EE.UU.

7. Kaminetzky, D. (1991). Design and Construction Failures. Mc.Graw-Hill Inc. EE.UU.8. UNCRD (1995). Emergency Assesment System of Damaged Buildings. Proceedings of the

8th International Research and Training Seminar on Regional Development Planning for

Disaster Prevention. Osaka, Japn.

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